Aperçu de l'ingénierie tissulaire

La capacité du corps humain à régénérer les tissus et les organes est extrêmement inefficace, et la perte de tissus et d'organes humains peut se produire facilement en raison de choses telles que des anomalies congénitales, des maladies et des traumatismes soudains. Lorsque le tissu meurt (appelé nécrose), il ne peut pas être ramené à la vie - s'il n'est pas enlevé ou réparé, il peut affecter d'autres zones du corps, telles que les tissus environnants, les organes, les os et la peau.

C'est là que l'ingénierie tissulaire est utile. En utilisant des biomatériaux (matière qui interagit avec les systèmes biologiques du corps tels que les cellules et les molécules actives), des tissus fonctionnels peuvent être créés pour aider à restaurer, réparer ou remplacer les tissus et organes humains endommagés.

Une histoire brève

L'ingénierie tissulaire est un domaine de la médecine relativement nouveau, la recherche ne commençant que dans les années 1980. Un bio-ingénieur et scientifique américain nommé Yuan-Cheng Fung a soumis une proposition à la National Science Foundation (NSF) pour un centre de recherche dédié aux tissus vivants. Fung a pris le concept de tissu humain et l'a élargi pour s'appliquer à tout organisme vivant entre les cellules et les organes.

Sur la base de cette proposition, la NSF a appelé le terme «ingénierie tissulaire» dans le but de former un nouveau domaine de recherche scientifique. Cela a conduit à la formation de la Tissue Engineering Society (TES), qui est devenue plus tard la Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS).

TERMIS promeut à la fois l'enseignement et la recherche dans le domaine de l'ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative. La médecine régénérative fait référence à un domaine plus large qui se concentre à la fois sur l'ingénierie tissulaire et sur la capacité du corps humain à s'auto-guérir afin de restaurer la fonction normale des tissus, des organes et des cellules humaines.

Objectif de l'ingénierie tissulaire

L'ingénierie tissulaire a quelques fonctions principales en médecine et en recherche: aider à la réparation des tissus ou des organes, y compris la réparation osseuse (tissu calcifié), le tissu cartilagineux, le tissu cardiaque, le tissu pancréatique et le tissu vasculaire. Le domaine mène également des recherches sur le comportement des cellules souches. Les cellules souches peuvent se développer en différents types de cellules et peuvent aider à réparer des zones du corps.

Le domaine de l'ingénierie tissulaire permet aux chercheurs de créer des modèles pour étudier diverses maladies, telles que le cancer et les maladies cardiaques.

La nature 3D de l'ingénierie tissulaire permet d'étudier l'architecture de la tumeur dans un environnement plus précis. L'ingénierie tissulaire fournit également un environnement pour tester de nouveaux médicaments potentiels sur ces maladies.

Comment ça fonctionne

Le processus d'ingénierie tissulaire est compliqué. Il s'agit de former un tissu fonctionnel 3D pour aider à réparer, remplacer et régénérer un tissu ou un organe du corps. Pour ce faire, les cellules et les biomolécules sont associées à des échafaudages.

Les échafaudages sont des structures artificielles ou naturelles qui imitent de vrais organes (comme le rein ou le foie). Le tissu se développe sur ces échafaudages pour imiter le processus biologique ou la structure qui doit être remplacée. Lorsque ceux-ci sont construits ensemble, un nouveau tissu est conçu pour reproduire l'état de l'ancien tissu lorsqu'il n'était pas endommagé ou malade.

Échafaudages, cellules et biomolécules

Les échafaudages, qui sont normalement créés par les cellules du corps, peuvent être construits à partir de sources telles que des protéines dans le corps, des plastiques artificiels ou à partir d'un échafaudage existant, comme celui d'un organe donneur. Dans le cas d’un organe de donneur, l’échafaudage serait combiné avec des cellules du patient pour créer des organes ou des tissus personnalisables susceptibles d’être rejetés par le système immunitaire du patient.

Quelle que soit sa forme, c'est cette structure d'échafaudage qui envoie des messages aux cellules qui aident à soutenir et à optimiser les fonctions cellulaires dans le corps.

La sélection des bonnes cellules est une partie importante de l'ingénierie tissulaire. Il existe deux principaux types de cellules souches.

Deux principaux types de cellules souches

• Cellules souches embryonnaires: proviennent d'embryons, généralement d'œufs fécondés in vitro (à l'extérieur du corps).
• Cellules souches adultes: trouvées à l'intérieur du corps parmi les cellules régulières - elles peuvent se multiplier par division cellulaire pour reconstituer les cellules et les tissus mourants.

De nombreuses recherches sont actuellement menées sur les cellules souches pluripotentes (cellules souches adultes qui sont amenées à se comporter comme des cellules souches embryonnaires). En théorie, il existe un approvisionnement illimité de cellules souches pluripotentes, et leur utilisation n'implique pas la question de la destruction des embryons humains (ce qui pose également un problème éthique). En fait, les chercheurs lauréats du prix Nobel ont publié leurs résultats sur les cellules souches pluripotentes et leurs utilisations.

Dans l'ensemble, les biomolécules comprennent quatre classes principales (bien qu'il existe également des classes secondaires): les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Ces biomolécules aident à constituer la structure et la fonction des cellules. Les glucides aident les organes comme le cerveau et le cœur à fonctionner ainsi que les systèmes comme les systèmes digestif et immunitaire.

Les protéines fournissent des anticorps contre les germes ainsi qu'un soutien structurel et des mouvements corporels. Les acides nucléiques contiennent de l'ADN et de l'ARN, donnant des informations génétiques aux cellules.

Usage médical

L'ingénierie tissulaire n'est pas largement utilisée pour les soins ou le traitement des patients. Il y a eu quelques cas qui ont utilisé l'ingénierie tissulaire dans les greffes de peau, la réparation du cartilage, les petites artères et la vessie chez les patients. Cependant, les organes plus gros issus du génie tissulaire comme le cœur, les poumons et le foie n'ont pas encore été utilisés chez les patients (bien qu'ils aient été créés en laboratoire).

Outre le facteur de risque lié à l'utilisation de l'ingénierie tissulaire chez les patients, les procédures sont extrêmement coûteuses. Bien que l'ingénierie tissulaire soit utile en matière de recherche médicale, en particulier lors du test de nouvelles formulations de médicaments.

L'utilisation de tissus vivants et fonctionnels dans un environnement extérieur au corps aide les chercheurs à faire des progrès en médecine personnalisée.

La médecine personnalisée aide à déterminer si certains médicaments fonctionnent mieux pour certains patients en fonction de leur constitution génétique, et réduit les coûts de développement et de test sur les animaux.

Exemples d'ingénierie tissulaire

Un exemple récent d'ingénierie tissulaire menée par l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bio-ingénierie comprend l'ingénierie d'un tissu hépatique humain qui est ensuite implanté dans une souris. Puisque la souris utilise son propre foie, le tissu hépatique humain métabolise les médicaments, imitant la façon dont les humains réagiraient à certains médicaments à l'intérieur de la souris. Cela aide les chercheurs à voir quelles interactions médicamenteuses possibles il peut y avoir avec un certain médicament.

Dans le but de créer des tissus avec un réseau intégré, les chercheurs testent une imprimante qui créerait un réseau de type vasculaire à partir d'une solution de sucre. La solution se formerait et durcirait dans le tissu artificiel jusqu'à ce que du sang soit ajouté au processus, voyageant à travers les canaux artificiels.

Enfin, la régénération des reins d’un patient à l’aide de ses propres cellules est un autre projet de l’Institut. Les chercheurs ont utilisé des cellules provenant d'organes de donneurs pour les combiner avec des biomolécules et un échafaudage de collagène (provenant de l'organe du donneur) pour développer de nouveaux tissus rénaux.

Ce tissu d'organe a ensuite été testé pour son fonctionnement (comme l'absorption de nutriments et la production d'urine) à la fois à l'extérieur et à l'intérieur des rats. Les progrès dans ce domaine de l'ingénierie tissulaire (qui peuvent également fonctionner de manière similaire pour des organes tels que le cœur, le foie et les poumons) pourraient contribuer à réduire les pénuries de donneurs et réduire les maladies associées à l'immunosuppression chez les patients transplantés d'organes.

Comment cela se rapporte-t-il au cancer

La croissance tumorale métastatique est l'une des raisons pour lesquelles le cancer est l'une des principales causes de décès. Avant l'ingénierie tissulaire, les environnements tumoraux ne pouvaient être créés à l'extérieur du corps que sous forme 2D. Désormais, les environnements 3D, ainsi que le développement et l'utilisation de certains biomatériaux (comme le collagène), permettent aux chercheurs de regarder l'environnement d'une tumeur jusqu'au microenvironnement de certaines cellules pour voir ce qui arrive à la maladie lorsque certaines compositions chimiques dans les cellules sont modifiées. .

De cette manière, l'ingénierie tissulaire aide les chercheurs à comprendre à la fois la progression du cancer et les effets de certaines approches thérapeutiques sur les patients atteints du même type de cancer.

Bien que des progrès aient été accomplis dans l'étude du cancer grâce à l'ingénierie tissulaire, la croissance tumorale peut souvent provoquer la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. Cela signifie que même avec les progrès de l'ingénierie tissulaire avec la recherche sur le cancer, il peut y avoir des limitations qui ne peuvent être éliminées qu'en implantant le tissu modifié dans un organisme vivant.

Avec le cancer, cependant, l'ingénierie tissulaire peut aider à déterminer comment ces tumeurs se forment, à quoi devraient ressembler les interactions cellulaires normales, ainsi que la façon dont les cellules cancéreuses se développent et se métastasent. Cela aide les chercheurs à tester des médicaments qui n'affecteront que les cellules cancéreuses, par opposition à l'organe ou au corps entier.